WO2021152232A1 - Architecture optimisée de pneumatique de type poids-lourd, agricole ou génie civil - Google Patents

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WO2021152232A1
WO2021152232A1 PCT/FR2021/050092 FR2021050092W WO2021152232A1 WO 2021152232 A1 WO2021152232 A1 WO 2021152232A1 FR 2021050092 W FR2021050092 W FR 2021050092W WO 2021152232 A1 WO2021152232 A1 WO 2021152232A1
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hyperelastic
tire
working
reinforcement
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PCT/FR2021/050092
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Philippe Mansuy
Olivier REIX
Lucas LAUBY
Gaël PATAUT
François BARBARIN
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Compagnie Generale Des Etablissements Michelin
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Definitions

  • the present invention relates to a radial tire, intended to equip a heavy vehicle of civil engineering, agricultural or goods transport type, and relates more particularly to the crown reinforcement of such a tire, and even more particularly its hooping frame.
  • ETRTO European Tire and Rim Technical Organization
  • a radial tire for a heavy vehicle of civil engineering type within the meaning of the standard of the European Tire and Rim Technical Organization or ETRTO, is intended to be mounted on a rim whose diameter is at least equal to 25 inches .
  • ETRTO European Tire and Rim Technical Organization
  • the invention is described for a large-dimension radial tire intended to be mounted on a dumper, in particular vehicles for transporting materials extracted from quarries or surface mines, by the intermediate a rim whose diameter is at least equal to 35 inches and can reach 57 inches, or even 63 inches.
  • a tire having a geometry of revolution relative to an axis of rotation the geometry of the tire is generally described in a meridian plane containing the axis of rotation of the tire.
  • the radial, axial and circumferential directions respectively denote the directions perpendicular to the axis of rotation of the tire, parallel to the axis of rotation of the tire and perpendicular to the meridian plane.
  • the circumferential direction is tangent to the circumference of the tire.
  • a tire comprises a tread, intended to come into contact with a ground via a tread surface, the two axial ends of which are connected by means of two sidewalls with two beads. providing the mechanical connection between the tire and the rim on which it is intended to be mounted.
  • a radial tire further comprises a reinforcement, consisting of a crown reinforcement, radially inside the tread, and a carcass reinforcement, radially inside the crown reinforcement.
  • the carcass reinforcement of a radial tire for a heavy vehicle of civil engineering, agricultural or goods transport type usually comprises at least one carcass layer comprising generally metallic reinforcements, coated with a polymeric material of elastomer type or elastomeric, obtained by mixing and called coating mixture.
  • a carcass layer comprises a main part, connecting the two beads to each other and generally wound, in each bead, from the inside to the outside of the tire around a circumferential reinforcing element most often metallic called bead wire, to form a turnaround.
  • the metal reinforcements of a carcass layer are substantially parallel to each other and form, with the circumferential direction, an angle of between 85 ° and 95 °.
  • the crown reinforcement of a radial tire for a vehicle of civil engineering, agricultural or goods transport type comprises a superposition of crown layers extending circumferentially, radially outside the carcass reinforcement .
  • Each top layer consists of reinforcements generally metallic, parallel to each other and coated with a polymeric material of the elastomer type or coating mixture.
  • a metal reinforcement is characterized mechanically by a curve representing the tensile force (in N), applied to the metal reinforcement, as a function of its relative elongation (in%), known as the force curve. elongation. From this force-elongation curve are deduced the mechanical tensile characteristics of the metal reinforcement, such as the structural elongation As (in%), the total elongation at break At (in%), the force at break Fm (load maximum in N) and the breaking strength Rm (in MPa), these characteristics being measured according to standard ASTM D 2969-04 of 2014.
  • the structural elongation As results from the relative positioning of the metal wires constituting the metal reinforcement under a low tensile force.
  • the elastic elongation Ae results from the very elasticity of the metal of the metal wires, constituting the metal reinforcement, taken individually, the behavior of the metal according to a law of Hooke.
  • the plastic elongation Ap results from the plasticity, that is to say from the irreversible deformation, beyond the elastic limit, of the metal of these metal wires taken individually.
  • an extension modulus expressed in GPa, which represents the slope of the line tangent to the force-elongation curve at this point, is also defined.
  • elastic modulus in extension or Young's modulus, the modulus in extension of the elastic linear part of the force-elongation curve.
  • An elastic metal reinforcement in its ungummed state, is characterized by a structural elongation As at least equal to 1% and a total elongation at break At at least equal to 4%.
  • an elastic metal reinforcement has an elastic modulus in extension at most equal to 180 GPa, and usually between 40 GPa and 150 GPa.
  • Each metallic wire element consists of a steel monofilament and has a diameter of 0.38 mm.
  • the metal wire elements define an internal arch of the cable, making it possible to define an arch diameter Dv.
  • the preformation and internal arch provide the cable, once assembled, with relatively large aeration, in other words, a relatively large space between each pair of adjacent metal wire elements. Such aeration generates a structural elongation As of the cable equal to 2.3%.
  • Such a cable is in particular intended for use in tires, for example tires for vehicles of the heavy goods vehicle type.
  • a non-extensible metal reinforcement is characterized by a total elongation At, under a tensile force equal to 10% of the breaking force Lm, at most equal to 0.2%. Furthermore, a non-extensible metal reinforcement has an elastic modulus in extension usually between 150 GPa and 200 GPa.
  • the crown layers there are usually the protective layers, constituting the protective reinforcement and radially outermost, generally elastic and the inextensible working layers (W02007 / 003562A1), constituting the 'working reinforcement and radially included between the protective reinforcement and the carcass reinforcement.
  • the protective layers constituting the protective reinforcement and radially outermost, generally elastic and the inextensible working layers (W02007 / 003562A1), constituting the 'working reinforcement and radially included between the protective reinforcement and the carcass reinforcement.
  • the protective reinforcement comprising at least one protective layer, essentially protects the working layers from mechanical or physicochemical attack, liable to propagate through the tread radially towards the inside of the tire.
  • the protective frame often comprises two protective layers, radially superimposed, formed of elastic metal reinforcements, parallel to each other in each layer and crossed from one layer to the next, forming angles with the circumferential direction. at least equal to 10 °.
  • the working reinforcement comprising at least two working layers, has the function of surrounding the tire and giving it rigidity and road holding. It incorporates both mechanical inflation stresses, generated by the inflation pressure of the tire and transmitted by the carcass reinforcement, and mechanical rolling stresses, generated by the rolling of the tire on ground and transmitted by the tread. . It must also resist oxidation and shocks and punctures, thanks to its intrinsic design and that of the protective frame.
  • the working reinforcement usually comprises two working layers, radially superimposed, formed of non-extensible metal reinforcements, mutually parallel in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 60 °, and preferably at least equal to 15 ° and at most equal to 45 °.
  • the crown reinforcement therefore usually comprises a working layer of greater axial width and a working layer of smaller axial width. The shears of the rubber compounds are maximum at the end of the working layer of smallest axial width.
  • the hooping frame whose function is to take up at least part of the mechanical inflation stresses, improves the endurance of the crown reinforcement by stiffening the crown reinforcement.
  • the shrink frame can be positioned radially inside the working frame, between the two working layers of the working frame, or radially outside the working frame.
  • the hooping reinforcement can comprise two hooping layers, radially superimposed, formed of metal reinforcements, mutually parallel in each layer and crossed from one layer to the next, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 10 °.
  • the hooping reinforcement usually comprises a hooping layer produced by the circumferential winding of a hooping wire or a continuous hooping band, forming, with the circumferential direction, angles at most equal to 5 °.
  • the hooping layers are of smaller axial width than the working layer of smaller axial width.
  • the stresses due to rolling at the end are very high in traction and compression and lead to the rupture of the metal reinforcements arranged around the ends of the working layers.
  • Document WO2014 / 095099 discloses a shoulder covering strip whose width is limited due to these stresses.
  • Even using elastic cables, known in the state of the art the phenomenon of rolling buckling and the high consumption of the As of the reinforcement during the molding of tires for tires for heavy vehicles make these solutions unsatisfactory.
  • tires for heavy vehicles have a significant tread height at least equal to 10 mm for heavy-duty tires and sometimes much more for agricultural and civil engineering tires, in particular at the shoulders of the tire.
  • the inventors have set themselves the objective, for a radial tire for a vehicle of civil engineering, heavy-vehicle or agricultural type, of reducing the risk of cracking of the rubber compounds at the ends of the working layers of the tire while rolling while reducing the risks of rupture of the reinforcing elements of a radially outer hooping layer.
  • the crown reinforcement comprising at least one working reinforcement
  • the crown reinforcement comprising at least two working layers, one of greater axial width and one of smaller axial width
  • each working layer comprising reinforcing elements, non-extensible, parallel to each other, forming, with the circumferential direction, oriented angles at least equal to 15 ° and at most equal to 40 °, the two angles of the two layers of work being of opposite sign
  • an axial distance Ds being the maximum value of the axial distances measured on either side of the equatorial plane between the axial end of the working layer of smaller axial width and the axial end of the working layer of larger axial width
  • the crown reinforcement comprising on either side of the equatorial plane at least one hooping layer radially outside the most radially outer working layer, called the radially outer hyperelastic hooping layer, the axial end of which is most axially outer is axially outer to the axial end of the working layer of smallest axial width by an axial distance at least equal to Ds / 2 and whose axially inner most point is axially inner to the axial end of the layer working width of smaller axial width, with an axial distance at least equal to Ds / 2,
  • said radially outer hyperelastic hooping layer on either side of the equatorial plane, comprising hyperelastic metal reinforcements, parallel to each other and forming, with a circumferential direction (XX ') of the tire, an angle at most equal to 5 ° , each hyperelastic metal reinforcement comprising at least one so-called hyperelastic cable,
  • the inventors have reduced the risk of cracking of the rubber compounds of the crown without degrading the other performances, by using as metallic reinforcement of a radially outer wrapping layer either directly a hyperelastic cable or a multi-strand of hyperelastic cables, said hyperelastic cables having particular geometric characteristics.
  • the hooping layer is said to be radially outer because it is always radially outer to the working layers. It is said to be hyperelastic because its metal reinforcements are hyperelastic.
  • the arch diameter Dv of the hyperelastic metal reinforcements of the radially outer hyperelastic hooping layer must be large enough compared to the diameter of the metal wire elements Df to allow a deformation in compression improving the resistance to buckling and sufficiently low to define the thickness of the radially outer hyperelastic hooping layer compatible with the objectives of limiting the mass of the tires and therefore the material resources necessary for their production.
  • the radius of curvature of the helix Rf must be small enough compared to the diameter of the metallic wire elements Df to give a significant structural elongation which will be used during the molding of the tire and large enough to obtain a linear breaking strength of the tire. Adequate hyperelastic radially outer hooping layer so as not to break under the driving stress, in particular under a transverse force under fin.
  • Such cables have the advantage over conventional elastic cables, whether hybrid or not, of having not only high tensile elasticity but also good resistance to buckling.
  • the area of the ends of the working layer is indeed in particular in bends, under transverse force, stressed longitudinally in traction and in compression on either side of the equatorial plane.
  • the values of the characteristics Df, Dv and Rf as well as the other characteristics described below are measured on or determined from the cables either directly after manufacture, that is to say before any embedding step in a die.
  • elastomeric, or extracted from an elastomeric matrix for example from a tire, and having then undergone a cleaning step during which any elastomeric matrix is removed from the cable, in particular any material present inside the cable.
  • the adhesive interface between each metallic wire element and the elastomeric matrix must be removed, for example by an electrochemical process in a sodium carbonate bath.
  • the effects associated with the shaping step of the tire manufacturing process described below, in particular the elongation of the cables are canceled out by the extraction of the ply and the cable which, during extraction, take up substantially their characteristics before the conformation stage.
  • the cable according to the invention comprises a single layer of metallic wire elements wound in a helix.
  • the cable according to the invention comprises one, not two, not more than two layers of metallic wire elements wound in a helix.
  • the layer is made up of metallic wire elements, that is, several metal wire elements, not a single metal wire element.
  • the cable according to the invention consists of the layer of coiled wire elements.
  • the cable according to the invention is a single helix.
  • a single helix cable is a cable in which the axis of each metal wire element of the layer describes a single helix, unlike a double helix cable in which the axis of each metal wire element describes a first helix. around the axis of the cable and a second helix around a helix described by the axis of the cable.
  • the cable when the cable extends in a substantially rectilinear direction, the cable comprises a single layer of metallic strand elements wound together in a helix, each metallic strand element of the layer describing a path in the form of a helix around.
  • the cable according to the invention does not have a central metal core.
  • N is the number of metal wire elements or even of open-structure cable ("open-cord" in English).
  • the vault of the cable according to the invention is delimited by the metal wire elements and corresponds to the volume delimited by a theoretical circle, on the one hand, radially inside each metal wire element and, on the other hand, tangent to each metallic wire element.
  • wire element is understood to mean an element extending longitudinally along a main axis and having a section perpendicular to the main axis, the largest dimension G of which is relatively small compared to the dimension L along the main axis.
  • relatively small is meant that L / G is greater than or equal to 100, preferably greater than or equal to 1000.
  • This definition covers both wire elements of circular section and wire elements of non-circular section, for example of polygonal section. or oblong.
  • each metal wire element has a circular section.
  • metallic means a stranded element consisting mainly (that is to say for more than 50% of its mass) or entirely (for 100% of its mass) of a metallic material.
  • Each wire element is preferably made of steel, more preferably of pearlitic or ferrito-perlitic carbon steel, commonly called by those skilled in the art carbon steel, or even stainless steel (by definition, steel comprising at least 10.5% chrome).
  • a (l) Arcos [ (100 / (100+ As) x Cos [Arc
  • the helix diameter Dh corresponds to the diameter of the theoretical circle passing through the centers of the metallic wire elements of the layer in a plane perpendicular to the axis of the cable.
  • the vault diameter Dv is calculated according to the relation
  • Dv Dh-Df where Df is the diameter of each metallic wire element and Dh the helix diameter, both expressed in millimeters.
  • the pitch at which each metal wire element is wound is the length traveled by this wire element, measured parallel to the axis of the cable in which it is located, at the end of which the wire element having this pitch performs one complete turn around said axis of the cable.
  • all the metal wire elements have the same diameter Df.
  • orientation of an angle is meant the direction, clockwise or anti-clockwise, in which it is necessary to turn from a reference straight line, here the circumferential direction of the tire, defining the angle to reach the another line defining the angle.
  • 9 ⁇ Rf / Df ⁇ 25 In one embodiment of a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods", for example metro , buses, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), we have 9 ⁇ Rf / Df ⁇ 15.
  • the radius of curvature of the helix Rf is such that 2 mm ⁇ Rf ⁇ 7 mm. 4 mm ⁇ Rf ⁇ 6 mm and preferably 4 mm ⁇ Rf ⁇ 5 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural or civil engineering machinery
  • the helix diameter Dh of each metallic wire element is such that 0.40 mm ⁇ Dh ⁇ 1.60 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods vehicles", for example metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), there is 0.85 mm ⁇ Dh ⁇ 1.60 mm and preferably 0.90 mm ⁇ Dh ⁇ 1.60 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural or civil engineering machinery
  • Df is such that 0.10 mm ⁇ Df ⁇ 0.50 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods vehicles", for example metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), there is 0.22 mm ⁇ Df ⁇ 0.50 mm and preferably 0.25 mm ⁇ Df ⁇ 0.45 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural machinery or civil engineering
  • Dv is such that Dv> 0.46 mm, and more preferably 0.50 mm ⁇ Dv ⁇ 1. 20 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods vehicles", for example metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), we have 0.65 mm ⁇ Dv ⁇ 0.80 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural or civil engineering machinery, there is 0.55 mm ⁇ Dv ⁇ 1.00 mm .
  • each metal wire element is wound at a pitch P such that 3 mm ⁇ P ⁇ 15 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods vehicles", for example metro, bus, road transport vehicles (trucks, tractors, trailers), we have 7 mm ⁇ P ⁇ 15 mm, preferably 7.5 mm ⁇ P ⁇ 11 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural or civil engineering machinery, there is 9 mm ⁇ P ⁇ 15 mm.
  • the cable has a diameter D such that D ⁇ 2.10 mm.
  • the apparent diameter or diameter, denoted D is measured by means of a thickness comparator, the diameter of the keys of which is at least equal to 1.5 times the pitch P of winding of the string elements (one can cite for example the JD50 model from the KAEFER brand, which achieves an accuracy of 1/100 of a millimeter, equipped with type a key, and having a contact pressure close to 0.6N).
  • the measurement protocol consists of three repetitions of a series of three measurements (carried out perpendicular to the axis of the cable and under zero tension) of which the second and third of these measurements are carried out in a direction angularly offset from the previous one. a third of a turn, by rotating the measuring direction around the axis of the cable.
  • a cable intended for reinforcing a tire for industrial vehicles chosen from vans, "Heavy goods", for example metro, bus, road transport equipment (trucks, tractors, trailers), we have 1.15 mm ⁇ D ⁇ 1.55 mm.
  • a cable intended for reinforcing a tire for off-road vehicles for example agricultural or civil engineering machinery, there is 1.5 mm ⁇ D ⁇ 2 mm.
  • each metallic wire element comprises a single metallic monofilament.
  • each metallic wire element is advantageously made of a metallic monofilament.
  • the metallic monofilament is directly coated with a layer of a metallic coating comprising copper, zinc, tin, cobalt or an alloy of these metals, for example brass or the bronze.
  • each metal wire element then consists of the metal monofilament, for example steel, forming a core, directly coated with the metal coating layer.
  • each elementary metal monofilament is, as described above, preferably made of steel, and has a mechanical strength ranging from 1000 MPa to 5000 MPa.
  • Such mechanical strengths correspond to the steel grades commonly encountered in the field of tires, namely, the grades NT (Normal Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT ( Ultra Tensile), UHT (Ultra High Tensile) and MT (Mega Tensile), the use of high mechanical strengths possibly allowing an improved reinforcement of the matrix in which the cable is intended to be embedded and a lightening of the matrix thus reinforced.
  • the layer consisting of N metallic wire elements wound in a helix N ranges from 3 to 18, preferably from 5 to 12 and more preferably from 6 to 9.
  • the objective of said radially outer hyperelastic hooping layer is to decrease the maximum shears in rubbery compounds near the end of the working layer of smaller axial width.
  • the designers separate the two ends of these working layers with a length Ds.
  • the length Ds is therefore such that if this distance is respected between the ends, the excess loads linked to the two ends do not overlap in a damaging way.
  • Ds / 2 is therefore of the order of magnitude of the influence distance of the overloads at the ends. It is therefore advantageous for the radially outer hyperelastic hooping layer to be positioned on either side of the end of the working layer of smaller axial width over a distance of at least Ds / 2 to reduce the shears over any this zone.
  • the axially outermost axial end of the radially outer hyperelastic hooping layer is axially outer to the axial end of the working layer of greater axial width , by a distance at least equal to Ds / 2 so as to reduce the shears also at the end of the working layer of greater axial width.
  • the radially outer hyperelastic hooping layer reducing the risks of cracking of the rubber compounds around the ends of the working layers and being composed of a hyperelastic cable or strand capable of withstanding large deformations such as those due to obstacles. on the road surface likely to cause crown breaks, it can act as a protective layer in this area.
  • the radially hooping layer hyperelastic outer end comprises an axially inner end, that on either side of the equatorial plane, the axial end of the protective layer of greater axial width is axially inner to the most axially inner axial end of the hooping layer radially outer hyperelastic.
  • the radially outer hyperelastic hooping layer does not include an axially inner end and is therefore full width, it is advantageous depending on the type of tires and the stresses they undergo either to remove the protective layer or to 'decrease the number.
  • the ratio K of the pitch P to the diameter Df of each metal wire element, of said hyperelastic cables is such that 19 ⁇ K ⁇ 44, preferably 20 ⁇ K ⁇ 40 and more preferably 23 ⁇ K ⁇ 39, P and Df being expressed in millimeters. 19 ⁇ K ⁇ 35 and preferably 23 ⁇ K ⁇ 30.
  • the helix angle a of each metallic wire element is such that 13 ° ⁇ a ⁇ 30 °, preferably 17 ° ⁇ a ⁇ 26 °. 18 , 5 ° ⁇ a ⁇ 30 ° and preferably 18.5 ° ⁇ a ⁇ 26 °.
  • the cable has a structural elongation As such that As> 1%, preferably As> 2.5%, more preferably As> 3%.
  • the higher Jr the greater the space between two adjacent metallic wire elements. with respect to the maximum number of metallic wire elements that the layer could accommodate.
  • the smaller Jr the smaller the space separating two adjacent metal wire elements compared to the maximum number of metal wire elements that the layer could accommodate.
  • Jr makes it possible to maximize the number of metallic thread elements present on the layer and therefore the reinforcing capacity of the cable without, however, deteriorating the capacity to accommodate longitudinal compressive deformations.
  • the relative radial clearance between two adjacent wire elements, Jr of said hyperelastic cables included in the elastic metal reinforcements of the radially outer hyperelastic hooping layer is such that 0.10 ⁇ Jr ⁇ 0.60, preferably 0 , 30 ⁇ Jr ⁇ 0.60.
  • the relative radial play between two adjacent wire elements allows adjustment of cable ventilation and balance in this type of application.
  • a cable that is insufficiently ventilated will behave similar to conventional cables and will not provide the same level of performance gain.
  • a cable that is too ventilated, beyond a relative play of 0.6 will easily deform but will not resist longitudinal forces in tension or compression.
  • each metal reinforcement of the layer of radially outer hyperelastic hooping consists of a single hyperelastic cable as defined above or is composed of several of said cables, assembled together, namely, is a strand of hyperelastic cables. Indeed, the assembly of several hyperelastic cables keeps the compression properties of the hyperelastic cable.
  • the hyperelastic metal reinforcements of said radially outer hyperelastic hooping layer have a secant modulus at 2% elongation at most equal to 80 GPa and an elongation at break of at least 4%.
  • the hyperelastic metal reinforcements of said radially outer hyperelastic hooping layer have a compressive buckling deformation value of at least 2%.
  • the radially outer hyperelastic hooping layer is formed by the circumferential winding of a hyperelastic metal reinforcement or of a strip made up of several hyperelastic metal reinforcements, which makes it possible to reduce, compared to a layer of non-continuous reinforcements, the number of ends of cables or strands which are so many privileged initiation points of a crack and to use all the resistance potential of the metallic reinforcements circumferentially.
  • the elastic metal reinforcements of the protective layers form, with the circumferential direction, an angle at least equal to 15 ° and at least. plus equal to 35 °.
  • a preferred embodiment comprises two protective layers comprising elastic or hyperelastic metal bulges. More advantageously, the respective metal reinforcements of the two protective layers are crossed from one protective layer to the next. More advantageously for productivity gains, the metal reinforcements of the most radially inner protective layer, form with the circumferential direction (XX '), an angle equal in absolute value to the angle formed by the metal reinforcements of the layer of most radially outer protection with the circumferential direction (XX ').
  • the absolute value of the angles formed by the metal reinforcements of the protective layers with the circumferential direction is substantially equal to the average of the absolute values of the angles formed by the metal reinforcements of the working layers with the circumferential direction (XX ').
  • the tire can comprise a protective reinforcement radially external to the working reinforcement comprising at least one protective layer.
  • the most radially inner protective layer has an axial width LP1 at least equal to 1.05 times and at most equal to 1.25 times the maximum axial width LTmax of the working layer having the greatest axial width. Below 1.05 times the axial width LTmax, the most radially inner protective layer does not protrude sufficiently from the working layer of greatest axial width to be able to ensure an effective protective role with respect to the pounding. Beyond 1.25 times the axial width LTmax, the axial end of the most radially inner protective layer is very close to the axial end of the tread, increasing the risk of cracking between the axial end. of said protective layer and the axial end of the tread.
  • the crown reinforcement comprises a hooping reinforcement comprising two layers of hooping radially inside the most radially outer working layer of which the respective metal reinforcements, coated in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction, an angle at most equal to 10 °, are crossed from one hooping layer to the next.
  • a distinction is usually made between angled hooping layers, with reinforcements forming angles at least equal to 5 ° and at most equal to 8 °, and circumferential hooping layers, with substantially circumferential reinforcements forming angles close to 0 ° and at most equal to 5 °.
  • the metal reinforcements of the hooping layer can be either elastic or non-stretchable.
  • the shrink frame can be positioned radially inside the working frame, between the two working layers of the working frame.
  • Figure 1 meridian section of a tire crown according to the invention.
  • Figure 2 meridian section of a tire crown according to the invention.
  • Figure 3 meridian section of a tire crown according to the invention.
  • Figure 4 cross section of a hyperelastic cable making up all or part of the metal reinforcements of the protective reinforcement according to the invention.
  • a meridian section of a tire 1 for a heavy vehicle of civil engineering type comprising a crown reinforcement 3, radially inside a tread 2 and radially outside a carcass reinforcement 4.
  • the crown frame 3 comprises, radially from the outside to the inside, a protective frame 31, a working frame 32 and a shrinking frame 33.
  • the protective frame 31 comprises two protective layers (311, 312) comprising elastic metal reinforcements coated in an elastomeric material, parallel to each other and forming an angle equal to 24 °, with a circumferential direction XX 'tangent to the circumference of the tire, the respective metal reinforcements of each protective layer being crossed d 'one layer of protection to the next.
  • the working frame 32 comprises two working layers 321, 322, the respective non-extensible metal reinforcements of which, coated in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction XX ', angles respectively equal to 33 °, for the most radially inner working layer 321 which is also circumstantially the working layer of greatest axial width, and 19 °, for the most radially outer working layer 322 which is also circumstantially the working layer of smallest axial width , are crossed from one working layer to the next.
  • the working reinforcement also comprises a radially outer hyperelastic hooping layer 323 comprising hyperelastic cables, with an axial width at least equal to Ds and arranged so that the axially outermost axial end is axially external to the armature.
  • a radially outer hyperelastic hooping layer 323 comprising hyperelastic cables, with an axial width at least equal to Ds and arranged so that the axially outermost axial end is axially external to the armature.
  • the hyperelastic metal reinforcements of the radially outer hyperelastic hooping layer are a circumferential winding of a hyperelastic cable forming an angle of 0.5 ° with the circumferential direction.
  • the most radially inner protective layer 311 is axially projecting relative to the working layer of greatest axial width, here the most radially internal working layer 321. In the case shown, the axial width LP1 is equal to 1.15 times the axial width LTmax.
  • the hooping frame 33 includes two hooping layers 331, 332 whose respective metal reinforcements, coated in an elastomeric material, parallel to each other and forming, with the circumferential direction XX ', an angle of between 5 ° and 10 °, are crossed with a hooping layer to the next one.
  • Figure 2 is a variant of the invention where the axially outermost axial end of the radially outer hyperelastic hooping layer (323) is axially outer to the axial end of the larger working layer.
  • Figure 3 is a variant of the invention where the axially outermost axial end of the radially outer hyperelastic hooping layer (323) is axially outer to the axial end of the larger working layer.
  • axial width (321) by a distance at least equal to Ds / 2 and the axial end of the protective layer of greatest axial width (311) is axially inner to the axially innermost axial end of the layer radially outer hyperelastic hooping.
  • FIG. 4 illustrates the cables entering into the production of the reinforcing elements of the radially outer hyperelastic hooping layers either constituting the reinforcing elements, or being one of the cables of the strand which constitutes the reinforcing element of said layer of hooping.
  • the cable 50 according to the invention comprises a single layer 52 of metallic wire elements 54 wound in a helix.
  • the cable 50 consists of the single layer 52, in other words the cable 50 does not include any other metallic thread element than those of the layer 52.
  • the layer 52 consists of 9 metallic thread elements wound in helix and being embedded in the rubber compound matrix of the radially outer hyperelastic hooping layer, the internal vault 58 itself being filled with said rubber compound.
  • the invention has been simulated on calculation tools and will be tested on tires of size 24.00R35.
  • the simulations make it possible to evaluate the mechanical and thermal stresses on tires by the technique of finite elements in large displacement and large deformation, taking into account the mechanical and hysteretic characteristics of the materials.
  • the tires are also compared on rolling tests on 22 m circumference flywheels. The same test protocol is applied to the tires according to the invention and to the reference tires according to the state of the art.
  • a first test consists of rolling at zero drift angle at a load corresponding to the load index at the recommended pressure.
  • the speed of the test is 30 km / h.
  • the result of the test is the mileage of the tire before its loss of pressure or the treading of the crown.
  • This first test evaluates the endurance capacity of the crown to withstand the rolling cycles which generate a cyclic shear stress on the zone of the ends of the working layers with a high and increasing thermal stress which essentially stresses the rubber compounds in this zone.
  • a second test consists of rolling with transverse force imposed on the load corresponding to the load index at the recommended pressure.
  • the transverse force is equal to 30% of the load, alternated, over cycle times of 10 minutes.
  • the speed of the test is 15 km / h.
  • the result of the test is the mileage of the tire before its loss of pressure or the treading of the crown.
  • This test evaluates the endurance capacity of the top to withstand the rolling cycles under drift which generate a cyclic stress of high compression traction on the zone of the ends of the working layers with a lower thermal stress than the previous one, and thus placing more stress on the reinforcements. metallic.
  • the reference tires and according to the invention are identical except for the crown reinforcement by the presence of a radially outer hyperelastic hooping layer on the tire according to the invention. They have the same tread pattern and the same reinforcements for the carcass layer (4), the hoop layers (331, 332), the working layers (321, 322) and the protective layers and the same rubber compounds for the different parts of the tires.
  • the crown reinforcement is composed radially from the outside to the inside of two protective layers, two working layers, two hoop layers.
  • the most radially outer protective layer is 400 mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of 24 °.
  • the most radially protective layer interior is 520 mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of -24 °.
  • the most radially outer working layer is 380mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of 19 °.
  • the most radially inner working layer is 450mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of -33 °.
  • the most radially outer hoop layer is 200 mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of 8 °.
  • the radially outermost hoop layer is 240mm wide, and its metal reinforcements make an angle with the circumferential direction of -8 °.
  • the metal reinforcements of the working and shrinking layers are inextensible metal reinforcements 26.30, namely cables of 26 wires 30 hundredths of a mm in diameter, arranged in three layers, the central layer comprising 3 wires, the second comprising 9 wires and the outer layer comprising 14 threads. Said strands are arranged at a pitch of 3.4mm.
  • the elastic metal reinforcements of the protective reinforcement of the reference tire are cables 24.26, namely strands of 4 cables 6 wires 26 hundredths of a mm in diameter. Said strands are arranged at a pitch of 2.5 mm.
  • the tire according to the invention comprises, in addition to the crown reinforcement of the reference tire, on either side of the equatorial plane, a radially outer hyperelastic hooping layer, the metal reinforcements of which are hyperelastic.
  • the radially outer hyperelastic hooping layer On either side of the equatorial plane, the radially outer hyperelastic hooping layer has an axial width of 35 mm, equal to Ds and is centered on the axial end of the most radially outer working layer which is also the layer of work of smaller axial width.
  • the hyperelastic metal reinforcements of the radially outer hyperelastic hooping layer of the tire 1 according to the invention are 18.45, namely strands according to the invention, composed of 3 cables comprising 6 wires of diameter Df of 45 hundredths of a size. mm. Said strands are arranged at a pitch of 4.8 mm. The arch diameter Dv of said wires is equal to 1.11 mm. The radius of curvature of the helix Rf is equal to 4.2 mm. Jr, the relative radial clearance between two adjacent wire elements is equal to 0.35. [099] The hyperelastic strands have a structural elongation As at least equal to 3%, a total elongation at break of at least 8%.
  • the tire 1 according to the invention brings about a gain of approximately 15% in performance in mileage before the tire decays on the cracking of the rubber compounds around the axial ends of the working layers compared to the tire. reference tire.
  • the invention as proposed therefore makes it possible to improve the endurance of the tire.

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Abstract

L'invention est un pneumatique radial (1), pour véhicule lourd, dans lequel de part et d'autre du plan équateur, une couche de frettage radialement extérieure (323) aux couches de travail, hyperélastique, recouvre l'extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322) et dont les extrémités axiales sont à une distance axiale minimale (Ds/2) de ladite extrémité, contient des câbles hyperélastiques (50). Ces dits câbles comprennent des éléments fïlaires (54) sur une unique couche (52). La distance entre le centre de chaque élément fïlaire métallique (54) de la couche (52) et l'axe principal (A) du câble est égale à la moitié du diamètre d'hélice Dh et est sensiblement constante et égale pour tous les éléments fïlaires métalliques (54) de la couche (52), les éléments fïlaires métalliques (54) définissant une voûte interne (58) du câble de diamètre Dv. Chaque élément fïlaire métallique (54) présente un diamètre Df et un rayon de courbure d'hélice Rf tel que : 9 ≤ Rf / Df ≤ 30, et 1,30 ≤ Dv / Df ≤ 4.5. lesdits câbles hyperélastiques étant noyés dans un composé caoutchouteux.

Description

ARCHITECTURE OPTIMISEE DE PNEUMATIQUE DE TYPE POIDS-LOURD,
AGRICOLE OU GENIE CIVIL [001] La présente invention a pour objet un pneumatique radial, destiné à équiper un véhicule lourd de type génie civil, agricole ou de transport de marchandise, et concerne plus particulièrement l’armature de sommet d’un tel pneumatique, et encore plus particulièrement son armature de frettage.
[002] Les pneumatiques radiaux destinés à équiper un véhicule lourd de type génie civil, agricole ou de transport de marchandise sont désignés au sens de la norme de la
European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO.
[003] Par exemple un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, au sens de la norme de la European Tyre and Rim Technical Organisation ou ETRTO, est destiné à être monté sur une jante dont le diamètre est au moins égal à 25 pouces. Bien que non limitée à ce type d’application, l’invention est décrite pour un pneumatique radial de grande dimension destiné à être monté sur un dumper, notamment des véhicules de transport de matériaux extraits de carrières ou de mines de surface, par l’intermédiaire d’une jante dont le diamètre est au moins égal à 35 pouces et peut atteindre 57 pouces, voire 63 pouces. [004] Un pneumatique ayant une géométrie de révolution par rapport à un axe de rotation, la géométrie du pneumatique est généralement décrite dans un plan méridien contenant l’axe de rotation du pneumatique. Pour un plan méridien donné, les directions radiale, axiale et circonférentielle désignent respectivement les directions perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique, parallèle à l’axe de rotation du pneumatique et perpendiculaire au plan méridien. La direction circonférentielle est tangente à la circonférence du pneumatique.
[005] Dans ce qui suit, les expressions «radialement intérieur», respectivement «radialement extérieur» signifient «plus proche », respectivement «plus éloigné de l’axe de rotation du pneumatique». Par « axialement intérieur », respectivement « axialement extérieur », on entend « plus proche », respectivement « plus éloigné du plan équatorial du pneumatique », le plan équatorial du pneumatique étant le plan passant par le milieu de la surface de roulement et perpendiculaire à l’axe de rotation. Par « un élément A axialement intérieur à un élément B d’une distance axiale Ds », on entend que l’élément A est plus proche du plan équateur que l’élément B et que la distance axiale entre les deux éléments est égale à la distance Ds. Ce type de phrase est généralisable avec la direction radiale et circonférentielle et la position extérieure versus intérieure, de l’un ou l’autre des éléments.
[006] De façon générale un pneumatique comprend une bande de roulement, destinée à venir en contact avec un sol par l’intermédiaire d’une surface de roulement, dont les deux extrémités axiales sont reliées par l’intermédiaire de deux flancs à deux bourrelets assurant la liaison mécanique entre le pneumatique et la jante sur laquelle il est destiné à être monté.
[007] Un pneumatique radial comprend en outre une armature de renforcement, constituée d’une armature de sommet, radialement intérieure à la bande de roulement, et d’une armature de carcasse, radialement intérieure à l’armature de sommet.
[008] L’armature de carcasse d’un pneumatique radial pour véhicule lourd de type génie civil, agricole ou de transport de marchandise, comprend habituellement au moins une couche de carcasse comprenant des renforts généralement métalliques, enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou élastomérique, obtenu par mélangeage et appelé mélange d’enrobage. Une couche de carcasse comprend une partie principale, reliant les deux bourrelets entre eux et s’enroulant généralement, dans chaque bourrelet, de l’intérieur vers l’extérieur du pneumatique autour d’un élément de renforcement circonférentiel le plus souvent métallique appelé tringle, pour former un retournement. Les renforts métalliques d’une couche de carcasse sont sensiblement parallèles entre eux et forment, avec la direction circonférentielle, un angle compris entre 85° et 95°.
[009] L’armature de sommet d’un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, agricole ou de transport de marchandise, comprend une superposition de couches de sommet s’étendant circonférentiellement, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse. Chaque couche de sommet est constituée de renforts généralement métalliques, parallèles entre eux et enrobés par un matériau polymérique de type élastomère ou mélange d’enrobage.
[010] En ce qui concerne les renforts métalliques, un renfort métallique est caractérisé mécaniquement par une courbe représentant la force de traction (en N), appliquée au renfort métallique, en fonction de son allongement relatif (en %), dite courbe force- allongement. De cette courbe force-allongement sont déduites des caractéristiques mécaniques en traction du renfort métallique, telles que l’allongement structural As (en %), l’allongement total à la rupture At (en %), la force à la rupture Fm (charge maximale en N) et la résistance à la rupture Rm (en MPa), ces caractéristiques étant mesurées selon la norme ASTM D 2969-04 de 2014.
[011] L'allongement total At du renfort métallique est, par définition, la somme de ses allongements structural, élastique et plastique (At = As + Ae + Ap) et particulièrement à la rupture où chacun des allongements est non nul. L’allongement structural As résulte du positionnement relatif des fils métalliques constitutifs du renfort métallique sous un faible effort de traction. L’allongement élastique Ae résulte de l’élasticité même du métal des fils métalliques, constituant le renfort métallique, pris individuellement, le comportement du métal suivant une loi de Hooke. L’allongement plastique Ap résulte de la plasticité, c’est-à-dire de la déformation irréversible, au- delà de la limite d’élasticité, du métal de ces fils métalliques pris individuellement. Ces différents allongements ainsi que leurs significations respectives, bien connus de l’homme du métier, sont décrits, par exemple, dans les documents US5843583, W02005/014925 et W02007/090603.
[012] On définit également, en tout point de la courbe force-allongement d’un renfort métallique, un module en extension, exprimé en GPa, qui représente la pente de la droite tangente à la courbe force-allongement en ce point. En particulier, on appelle module élastique en extension ou module d’Young, le module en extension de la partie linéaire élastique de la courbe force-allongement.
[013] Parmi les renforts métalliques, on distingue usuellement les renforts métalliques élastiques, tels que ceux utilisés dans les couches de protection, et les renforts métalliques non extensibles ou inextensibles. [014] Un renfort métallique élastique, dans son état non gommé, est caractérisé par un allongement structural As au moins égal à 1% et un allongement total à rupture At au moins égal à 4%. En outre, un renfort métallique élastique a un module élastique en extension au plus égal à 180 GPa, et compris usuellement entre 40 GPa et 150 GPa.
[015] Par exemple, on connaît de l’état de la technique un câble métallique comprenant une unique couche de N=5 éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice. Chaque élément fïlaire métallique est constitué d’un monofilament en acier et présente un diamètre égal à 0,38 mm. Chaque élément fïlaire métallique est enroulé à un pas P, ici P=6,7 mm et est, préalablement à l’étape d’assemblage final en hélice des éléments fïlaires métalliques, individuellement préformé. Les éléments fïlaires métalliques définissent une voûte interne du câble, permettant de définir un diamètre de voûte Dv. La préformation et la voûte interne procurent au câble, une fois assemblé, une aération relativement importante, autrement dit, un espace entre chaque paire d’éléments fïlaires métalliques adjacents relativement grand. Une telle aération engendre un allongement structural As du câble égal à 2,3 %. Un tel câble est notamment destiné à être utilisé dans des pneumatiques, par exemple des pneumatiques pour véhicule de type poids-lourd.
[016] Un renfort métallique non extensible est caractérisé par un allongement total At, sous une force de traction égale à 10% de la force à rupture Lm, au plus égal à 0.2%. Par ailleurs, un renfort métallique non extensible a un module élastique en extension compris usuellement entre 150 GPa et 200 GPa.
[017] Parmi les couches de sommet, on distingue usuellement les couches de protection, constitutives de l’armature de protection et radialement les plus à l’extérieur, généralement élastiques et les couches de travail inextensibles (W02007/003562A1), constitutives de l’armature de travail et radialement comprises entre l’armature de protection et l’armature de carcasse.
[018] L’armature de protection, comprenant au moins une couche de protection, protège essentiellement les couches de travail des agressions mécaniques ou physico chimiques, susceptibles de se propager à travers la bande de roulement radialement vers l’intérieur du pneumatique. [019] L’armature de protection comprend souvent deux couches de protection, radialement superposées, formées de renforts métalliques élastiques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au moins égaux à 10°.
[020] L’armature de travail, comprenant au moins deux couches de travail, a pour fonction de ceinturer le pneumatique et de lui conférer de la rigidité et de la tenue de route. Elle reprend à la fois des sollicitations mécaniques de gonflage, générées par la pression de gonflage du pneumatique et transmises par l’armature de carcasse, et des sollicitations mécaniques de roulage, générées par le roulage du pneumatique sur un sol et transmises par la bande roulement. Elle doit en outre résister à l’oxydation et aux chocs et perforations, grâce à sa conception intrinsèque et à celle de l’armature de protection.
[021] L’armature de travail comprend usuellement deux couches de travail, radialement superposées, formées de renforts métalliques non extensibles, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 60°, et, de préférence, au moins égaux à 15° et au plus égaux à 45°. Pour diminuer les cisaillements des composés caoutchouteux aux extrémités axiales des couches de travail, il est usuel de décaler axialement la position desdites extrémités l’une par rapport à l’autre. L’armature de sommet comporte donc usuellement une couche de travail de plus grande largeur axiale et une couche de travail de plus petite largeur axiale. Les cisaillements des composés caoutchouteux sont maximaux à l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet ces cisaillements maximaux dus aux déplacements de l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale se répartissent sur l’épaisseur radiale de composés caoutchouteux entre la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. Ces cisaillements sont amplifiés par les déformations de la couche de travail de plus grande largeur axiale. En effet, étant donné l’angle des renforts métalliques croisés avec les renforts métalliques de la couche de travail de plus petite largeur, la couche de travail de plus grande largeur axiale se déforme dans une autre direction, ce qui augmente les déformations des composés caoutchouteux. Ces maximas de cisaillements sont généralement diminués en ajoutant une gomme de découplage entre l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale et la couche de travail de plus grande largeur axiale. L’extrémité de la couche de travail de plus grande largeur axiale est également soumise à de forts cisaillements mais généralement de moindre amplitude étant donné que pour cette extrémité, l’épaisseur des composés caoutchouteux est plus importante et les déformations ne sont plus amplifiées par la présence de l’autre couche de travail.
[022] Pour diminuer les sollicitations mécaniques de gonflage et de roulage transmises à l’armature de travail et les cisaillements du composé caoutchouteux qui les recouvre, il est connu de disposer, radialement à l’extérieur de l’armature de carcasse, une armature de frettage. L’armature de frettage, dont la fonction est de reprendre au moins en partie les sollicitations mécaniques de gonflage, améliore l’endurance de l’armature de sommet par une rigidifïcation de l’armature de sommet. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail, ou radialement à l’extérieur de l’armature de travail.
[023] Dans les applications de type génie Civil, l’armature de frettage peut comprendre deux couches de frettage, radialement superposées, formées de renforts métalliques, parallèles entre eux dans chaque couche et croisés d’une couche à la suivante, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 10°.
[024] Dans les applications de type poids-lourd pour transport de charge, l’armature de frettage comprend usuellement une couche de frettage réalisée par l’enroulement circonférentiel d’un fil de frettage ou d’une bande de frettage continue en formant, avec la direction circonférentielle, des angles au plus égaux à 5°.
[025] Dans les deux cas, les couches de frettage sont de plus petite largeur axiale que la couche de travail de plus petite largeur axiale. En effet les sollicitations dues au roulage en extrémité sont très élevées en traction et compression et amènent à la rupture des renforts métalliques disposés autour des extrémités des couches de travail. Le document W02014/095099, divulgue une bande de recouvrement d’épaulement dont la largeur est limitée en raison de ces sollicitations. Même en utilisant des câbles élastiques, connus dans l’état de l’art, le phénomène de flambement au roulage et la forte consommation de l’As du renfort lors du moulage des pneumatiques pour les pneumatiques pour véhicules lourds rendent ces solutions peu satisfaisantes. En effet les pneumatiques pour véhicule lourd ont une hauteur de sculpture importante au moins égal à 10 mm pour les pneumatiques poids-Lourd et parfois beaucoup plus pour les pneumatiques agricoles et de génie-civil, notamment aux épaules du pneumatique. Il est nécessaire au moulage, d’enfoncer le composé caoutchouteux de la bande de roulement dans le moule. Pour cela, avant cuisson le pneumatique est à un diamètre inférieur et la pression de moulage vient déplacer le sommet d’un rayon proche de la hauteur sculpture. Les couches de travail se déforment facilement en raison de l’angle des renforts, le composé caoutchouteux des couches de travail absorbant la déformation. Pour les couches de frettage, on facilite leur déformation en utilisant des renforts métalliques élastiques ou en utilisant des couches de frettage aux renforts métalliques discontinus. Cependant à l’épaule, il est nécessaire d’avoir des propriétés élastiques plus importantes qu’au centre et la solution proposée doit être améliorée pour être réellement intéressante.
[026] Les inventeurs se sont donnés pour objectif, pour un pneumatique radial pour véhicule de type génie civil, poids-lourd ou agricole, de diminuer le risque de fissuration des composés caoutchouteux aux extrémités des couches de travail du pneumatique en roulage tout en diminuant les risques de rupture des éléments de renforts d’une couche de frettage radialement extérieure.
[027] Cet objectif a été atteint, selon l’invention, par un pneumatique pour véhicule de type poids-lourd, génie civil ou agricole comprenant :
• un plan circonférentiel médian, dit plan équateur, perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique et divisant le pneumatique en deux demi tores sensiblement symétriques,
• une armature de sommet, radialement intérieure à une bande de roulement et radialement extérieure à une armature de carcasse,
• l’armature de sommet comprenant, au moins une armature de travail, l’armature de sommet comprenant au moins deux couches de travail, une de plus grande largeur axiale et une de plus petite largeur axiale, • chaque couche de travail comprenant des éléments de renforts, non extensibles, parallèles entre eux, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles orientés au moins égaux à 15° et au plus égaux à 40°, les deux angles des deux couches de travail étant de signe opposé,
• une distance axiale Ds étant la valeur maximale des distances axiales mesurées de part et d’autre du plan équateur entre l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale et l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale,
• l’armature de sommet comprenant de part et d’autre du plan équateur au moins une couche de frettage radialement extérieure à la couche de travail la plus radialement extérieure, dite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, dont l’extrémité axiale la plus axialement extérieure est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale d’une distance axiale au moins égale à Ds/2 et dont le point le plus axialement intérieur est axialement intérieur à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale, d’une distance axiale au moins égale à Ds/2,
• ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, de part et d’autre du plan équateur, comprenant des renforts métalliques hyperélastiques, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle (XX’) du pneumatique, un angle au plus égal à 5°, chaque renfort métallique hyperélastique comprenant au moins un câble, dit hyperélastique,
• les dits câbles hyperélastiques comprenant une unique couche constituée de N éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice et présentant un diamètre externe D, chaque élément fïlaire métallique de la couche décrivant, lorsque le câble s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, une trajectoire en forme d’hélice autour d’un axe principal (A) sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne, de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l’axe principal (A), la distance entre le centre de chaque élément fïlaire métallique de la couche et l’axe principal (A) est égale à la moitié du diamètre d’hélice Dh et est sensiblement constante et égale pour tous les éléments fïlaires métalliques de la couche, les éléments fïlaires métalliques définissant une voûte interne du câble de diamètre Dv, chaque élément fïlaire métallique présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d’hélice Rf défini par Rf=P/(n x Sin(2a)) avec P le pas de chaque élément filaire métallique exprimé en millimètres et a l’angle d’hélice de chaque élément filaire métallique, caractérisé en ce que, Dh, D, Dv, Df et Rf étant exprimés en millimètres :
• 9 < Rf / Df < 30, et • 1,30 < Dv / Df< 4.5,
• lesdits câbles hyperélastiques étant noyés dans un composé caoutchouteux.
[028] Les inventeurs, ont diminué le risque de fissuration des composés caoutchouteux du sommet sans dégrader les autres performances, en utilisant comme renfort métallique d’une couche de frettage radialement extérieure soit directement un câble hyperélastique ou un multi-toron de câbles hyperélastiques, les dits câbles hyperélastiques ayant des caractéristiques géométriques particulières. La couche de frettage est dite radialement extérieure car elle est toujours radialement extérieure aux couches de travail. Elle est dite hyperélastique car ses renforts métalliques sont hyperélastiques.
[029] Le diamètre de voûte Dv des renforts métalliques hyperélastiques de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique doit être suffisamment grand par rapport au diamètre des éléments filaires métalliques Df pour permettre une déformation en compression améliorant la résistance au flambement et suffisamment faible pour définir l’épaisseur de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique compatible avec des objectifs de limitation de la masse des pneumatiques et donc des ressources en matériaux nécessaires à leur réalisation. De même le rayon de courbure d’hélice Rf doit être suffisamment petit par rapport au diamètre des éléments filaires métalliques Df pour donner un allongement structurel important qui sera utilisé lors du moulage du pneumatique et suffisamment grand pour obtenir une résistance à la rupture linéique de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique adéquate pour ne pas rompre sous la sollicitation en roulage notamment sous un effort transverse sous dérive.
[030] De tels câbles ont l’avantage sur les câbles classiques élastiques hybrides ou non d’avoir non seulement une grande élasticité en traction mais aussi une bonne résistance au flambement. La zone des extrémités de la couche de travail est en effet notamment en virage, sous effort transverse, sollicitée longitudinalement en traction et en compression de part et d’autre du plan équateur.
[031] Les valeurs des caractéristiques Df, Dv et Rf ainsi que des autres caractéristiques décrites ci-dessous sont mesurées sur ou déterminées à partir des câbles soit directement après fabrication, c’est-à-dire avant toute étape de noyage dans une matrice élastomérique, soit extraits d’une matrice élastomérique, par exemple d’un pneumatique, et ayant alors subi une étape de nettoyage durant laquelle on retire du câble toute matrice élastomérique, notamment tout matériau présent à l’intérieur du câble. Pour garantir un état d’origine, l’interface adhésive entre chaque élément fïlaire métallique et la matrice élastomérique doit être supprimée, par exemple par procédé électro-chimique dans un bain de carbonate de sodium. Les effets associés à l’étape de conformation du procédé de fabrication du pneumatique décrits ci-dessous, notamment l’allongement des câbles, sont annulés par l’extraction de la nappe et du câble qui reprennent, lors de l’extraction, sensiblement leurs caractéristiques d’avant l’étape de conformation.
[032] Le câble selon l’invention comprend une unique couche d’éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice. En d’autres termes, le câble selon l’invention comprend une seule, pas deux, ni plus de deux couches d’éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice. La couche est constituée d’éléments fïlaires métalliques, c’est-à- dire plusieurs éléments fïlaires métalliques, pas d’un seul élément fïlaire métallique. Dans un mode de réalisation du câble, par exemple lorsque le câble est issu de son procédé de fabrication, le câble selon l’invention est constitué de la couche d’éléments fïlaires métalliques enroulés.
[033] Le câble selon l’invention est à simple hélice. Par définition, un câble à simple hélice est un câble dans lequel l’axe de chaque élément fïlaire métallique de la couche décrit une unique hélice, contrairement à un câble à double hélice dans lequel l’axe de chaque élément fïlaire métallique décrit une première hélice autour de l’axe du câble et une deuxième hélice autour d’une hélice décrite par l’axe du câble. En d’autres termes, lorsque le câble s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, le câble comprend une unique couche d’éléments fïlaires métalliques enroulés ensemble en hélice, chaque élément fïlaire métallique de la couche décrivant une trajectoire en forme d’hélice autour de la direction sensiblement rectiligne de sorte que la distance entre le centre de chaque élément fïlaire métallique de la couche et l’axe de la direction sensiblement rectiligne soit sensiblement constante et égale pour tous les éléments fïlaires métalliques de la couche. Au contraire, lorsqu’un câble à double hélice s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, la distance entre le centre de chaque élément fïlaire métallique de la couche et la direction sensiblement rectiligne est différente pour tous les éléments fïlaires métalliques de la couche.
[034] Le câble selon l’invention est dépourvu d’âme centrale métallique. On parle également de câble de structure lxN dans laquelle N est le nombre d’éléments fïlaires métalliques ou bien encore de câble à structure ouverte (« open-cord » en anglais).
[035] La voûte du câble selon l’invention est délimitée par les éléments fïlaires métalliques et correspond au volume délimité par un cercle théorique, d’une part, radialement intérieur à chaque élément fïlaire métallique et, d’autre part, tangent à chaque élément fïlaire métallique.
[036] Par élément fïlaire, on entend un élément s’étendant longitudinalement selon un axe principal et présentant une section perpendiculaire à l’axe principal dont la plus grande dimension G est relativement faible par rapport à la dimension L selon l’axe principal. Par relativement faible, on entend que L/G est supérieur ou égal à 100, de préférence supérieur ou égal à 1000. Cette définition couvre aussi bien les éléments fïlaires de section circulaire que les éléments fïlaires de section non circulaire, par exemple de section polygonale ou oblongue. De façon très préférée, chaque élément fïlaire métallique présente une section circulaire.
[037] Par métallique, on entend par définition un élément fïlaire constitué majoritairement (c’est-à-dire pour plus de 50% de sa masse) ou intégralement (pour 100% de sa masse) d'un matériau métallique. Chaque élément fïlaire métallique est préférentiellement en acier, plus préférentiellement en acier perlitique ou ferrito- perlitique au carbone, appelé couramment par l’homme du métier acier au carbone, ou encore en acier inoxydable (par définition, acier comportant au moins 10,5% de chrome).
[038] L’angle d’hélice a est une grandeur bien connue de l’homme du métier et peut être déterminé par le calcul itératif suivant comprenant 3 itérations et dans lequel l’indice i indique le numéro de l’itération 1, 2 ou 3. Connaissant l’allongement structural As exprimé en %, l’angle d’hélice a(i) est tel que a(i)=Arcos [ (100/(100+ As) x Cos [ Arctan ( (p x Df) / (P x Cos(a(i-l)) x Sin(7i/N)) ] ], formule dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres auquel chaque élément fïlaire métallique est enroulé, N est le nombre d’éléments fïlaires métalliques de la couche, Df est le diamètre de chaque élément fïlaire métallique exprimé en millimètres, Arcos, Cos et Arctan et Sin désignant respectivement les fonctions arcosinus, cosinus, arctangente et sinus. Pour la première itération, c’est-à-dire pour le calcul de a(l), on prend a(0)=0. A la troisième itération, on obtient a(3)=a avec au moins un chiffre significatif après la virgule quand a est exprimé en degrés.
[039] Le diamètre d’hélice Dh, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Dh=P x Tan(a) / p dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres auquel chaque élément fïlaire métallique est enroulé, a est l’angle d’hélice de chaque élément fïlaire métallique déterminé ci-dessus et Tan la fonction tangente. Le diamètre d’hélice Dh correspond au diamètre du cercle théorique passant par les centres des éléments fïlaires métalliques de la couche dans un plan perpendiculaire à l’axe du câble. [040] Le diamètre de voûte Dv, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation
Dv=Dh-Df dans laquelle Df est le diamètre de chaque élément fïlaire métallique et Dh le diamètre d’hélice, tous deux exprimés en millimètres.
[041] Le rayon de courbure Rf, exprimé en millimètres, est calculé selon la relation Kί=R/(p x Sin(2a)) dans laquelle P est le pas exprimé en millimètres, a est l’angle d’hélice de chaque élément fïlaire métallique et Sin la fonction sinus.
[042] On rappelle que le pas auquel chaque élément fïlaire métallique est enroulé est la longueur parcourue par cet élément fïlaire, mesurée parallèlement à l'axe du câble dans lequel il se trouve, au bout de laquelle l’élément fïlaire ayant ce pas effectue un tour complet autour dudit axe du câble. [043] Les caractéristiques optionnelles décrites ci-dessous pourront être combinées les unes avec les autres dans la mesure où de telles combinaisons sont techniquement compatibles.
[044] Dans un mode de réalisation avantageux, tous les éléments fïlaires métalliques présentent le même diamètre Df. [045] Par orientation d’un angle, on entend le sens, horaire ou anti-horaire, dans lequel il faut tourner à partir d’une droite de référence, ici la direction circonférentielle du pneumatique, définissant l’angle pour atteindre l’autre droite définissant l’angle. [046] Dans des modes de réalisation préférés, 9 < Rf / Df < 25. Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 9 < Rf/Df < 15.
[047] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 1,70 < Dv/Df< 2,50.
[048] Avantageusement, le rayon de courbure d’hélice Rf est tel que 2 mm < Rf < 7 mm. Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 4 mm < Rf < 6 mm et de préférence 4 mm < Rf < 5 mm.
[049] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 4 mm < Rf < 7 mm et de préférence 4,5 mm < Rf < 6,5 mm.
[050] Avantageusement, le diamètre d’hélice Dh de chaque élément fïlaire métallique est tel que 0,40 mm < Dh < 1,60 mm.
[051] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 0,85 mm < Dh < 1,60 mm et de préférence 0,90 mm < Dh < 1,60 mm.
[052] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 0,95 mm < Dh < 1,40 mm et de préférence 1,00 mm < Dh < 1,35 mm.
[053] Avantageusement, Df est tel que 0,10 mm < Df < 0,50 mm.
[054] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 0,22 mm < Df < 0,50 mm et de préférence 0,25 mm < Df < 0,45 mm.
[055] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 0,32 mm < Df < 0,50 mm et de préférence 0,35 mm < Df < 0,50 mm.
[056] Avantageusement, Dv est tel que Dv > 0,46 mm, et plus préférentiellement 0,50 mm < Dv < 1 ,20 mm.
[057] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 0,65 mm < Dv < 0,80 mm.
[058] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 0,55 mm < Dv < 1,00 mm.
[059] Avantageusement, chaque élément fïlaire métallique est enroulé à un pas P tel que 3 mm < P < 15 mm.
[060] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 7 mm < P < 15 mm, préférentiellement 7,5 mm < P < 11 mm.
[061] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 9 mm < P < 15 mm.
[062] Avantageusement, le câble présente un diamètre D tel que D < 2,10 mm.
[063] Le diamètre ou diamètre apparent, noté D, est mesuré au moyen d’un comparateur d’épaisseur dont le diamètre des touches est au moins égal à 1,5 fois le pas P d’enroulage des éléments fïlaires (on peut citer par exemple le modèle JD50 de la marque KAEFER permettant d’atteindre une précision de 1/100 de millimètre, équipé de touche type a, et ayant une pression de contact proche de 0,6N). Le protocole de mesure consiste en trois répétitions d’une série de trois mesures (effectuées perpendiculairement à l’axe du câble et sous tension nulle) dont la seconde et la troisième de ces mesures sont réalisées selon une direction décalée angulairement de la précédente d’un tiers de tour, par la rotation de la direction de mesure autour de l’axe du câble.
[064] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 1,15 mm < D < 1,55 mm.
[065] Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules hors-la-route, par exemple des engins agricoles ou de génie civil, on a 1,5 mm < D < 2 mm.
[066] Dans un mode de réalisation, chaque élément fïlaire métallique comprend un unique monofilament métallique. Ici, chaque élément fïlaire métallique est avantageusement constitué d’un monofilament métallique. Dans une variante de ce mode de réalisation, le monofïlament métallique est directement revêtu d’une couche d’un revêtement métallique comprenant du cuivre, du zinc, de l’étain, du cobalt ou un alliage de ces métaux, par exemple le laiton ou le bronze. Dans cette variante, chaque élément fïlaire métallique est alors constitué du monofïlament métallique, par exemple en acier, formant une âme, directement revêtu de la couche de revêtement métallique. [067] Dans ce mode de réalisation, chaque monofïlament élémentaire métallique est, comme décrit-ci-dessus, de préférence en acier, et présente une résistance mécanique allant de 1000 MPa à 5000 MPa. De telles résistances mécaniques correspondent aux grades d’acier couramment rencontrés dans le domaine du pneumatique, à savoir, les grades NT (Normal Tensile), HT (High Tensile), ST (Super Tensile), SHT (Super High Tensile), UT (Ultra Tensile), UHT (Ultra High Tensile) et MT (Mega Tensile), Tutilisation de résistances mécaniques élevées permettant éventuellement un renforcement amélioré de la matrice dans laquelle le câble est destiné à être noyé et un allègement de la matrice ainsi renforcée.
[068] Avantageusement, la couche étant constituée de N éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice, N va de 3 à 18, de préférence de 5 à 12 et plus préférentiellement de 6 à 9.
[069] L’objectif de ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique est de diminuer les cisaillements maximaux dans les composés caoutchouteux à proximité de l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale. Pour diminuer ces sollicitations, les concepteurs séparent les deux extrémités de ces couches de travail d’une longueur Ds. La longueur Ds est donc telle que si cette distance est respectée entre les extrémités, les sursollicitations liées aux deux extrémités ne se surajoutent pas de manière dommageable. Ds/2 est donc de l’ordre de grandeur de la distance d’influence des sursollicitations aux extrémités. Il est donc intéressant que la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique soit positionnée de part et d’autre de l’extrémité de la couche de travail de plus petite largeur axiale sur une distance d’au moins Ds/2 pour diminuer les cisaillements sur toute cette zone.
[070] Avantageusement, de part et d’autre du plan équateur, l’extrémité axiale la plus axialement extérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale, d’une distance au moins égale à Ds/2 de manière à diminuer les cisaillements également au niveau de l’extrémité de la couche de travail de plus grande largeur axiale. Dans une telle configuration, la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique diminuant les risques de fissuration des composés caoutchouteux autour des extrémités des couches de travail et étant composée d’un câble ou toron hyperélastique en capacité de supporter des grandes déformations comme celles dues à des obstacles sur le sol de roulage propres à causer des ruptures de sommet, elle peut faire office de couche de protection dans cette zone. Dès lors pour diminuer la masse de la couche de protection d’un pneumatique comprenant une armature de protection radialement extérieure à l’armature de travail comprenant au moins une couche de protection et donc du pneumatique, il est avantageux, si la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique comprend une extrémité axialement intérieure, que de part et d’autre du plan équateur, l’extrémité axiale de la couche de protection de plus grande largeur axiale soit axialement intérieure à l’extrémité axiale la plus axialement intérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique.
[071] Sur la partie axialement extérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, il existe obligatoirement une extrémité de cette couche. Sur la partie axialement intérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, il est possible de disposer une couche de frettage radialement extérieure hyperélastique qui aille sans discontinuer depuis une première extrémité axialement extérieure, traversant le plan équateur jusqu’à l’autre extrémité axialement extérieure située de l’autre côté du plan équateur du pneumatique. Dans ce cas-là, de chaque côté du plan équateur, le point le plus axialement intérieur se situe sur le plan équateur, bien qu’il n’y ait pas d’extrémité axialement intérieure de la couche de frettage radialement extérieure.
[072] Si la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique ne comprend pas d’extrémité axialement intérieure et est donc de pleine largeur, il est avantageux selon le type de pneumatiques et les sollicitations qu’ils subissent soit de supprimer la couche de protection soit d’en diminuer le nombre.
[073] Avantageusement, le rapport K du pas P sur le diamètre Df de chaque élément fïlaire métallique, desdits câbles hyperélastiques, est tel que 19 < K < 44, de préférence 20 < K < 40 et plus préférentiellement 23 < K < 39, P et Df étant exprimés en millimètres. Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 19 < K < 35 et de préférence 23 < K < 30.
[074] Avantageusement, l’angle d’hélice a de chaque élément fïlaire métallique est tel que 13° < a < 30°, de préférence 17° < a < 26°. Dans un mode de réalisation d’un câble destiné au renforcement d’un pneumatique pour véhicules industriels choisis parmi camionnettes, "Poids-lourd", par exemple métro, bus, engins de transport routier (camions, tracteurs, remorques), on a 18,5° < a < 30° et de préférence 18,5° < a < 26°.
[075] Pour des valeurs trop élevées du rapport K ou pour des valeurs d’angle d’hélice trop faibles, la compressibilité longitudinale du câble est réduite. Pour des valeurs trop faibles du rapport K ou pour des valeurs d’angle d’hélice trop élevées, la rigidité longitudinale du câble et donc sa capacité de renforcement sont réduites.
[076] Avantageusement, le câble présente un allongement structural As tel que As > 1 %, de préférence As > 2,5%, plus préférentiellement As > 3%.
[077] Enfin, le jeu radial relatif Jr est représentatif de la distance séparant chaque paire d’éléments filaires métalliques adjacents ramenée à la longueur disponible pour positionner les éléments filaires métalliques sur la couche. Plus précisément, Jr =N/(7i*(D-Df)) x (Dh x Sin(n/N) - (Df / Cos(a x p/180))), a étant l’angle d’hélice, exprimé en degrés, de chaque élément fïlaire métallique (54) et Dv=Dh-Df. Plus Jr est élevé, plus l’espace séparant deux éléments filaires métalliques adjacents est élevé par rapport au nombre maximal d’éléments fïlaires métalliques que la couche pourrait accueillir. A l’inverse, plus Jr est petit, plus l’espace séparant deux éléments fïlaires métalliques adjacents est petit par rapport au nombre maximal d’éléments fïlaires métalliques que la couche pourrait accueillir. Dans l’intervalle selon l’invention, Jr permet de maximiser le nombre d’éléments fïlaires métalliques présents sur la couche et donc la capacité de renforcement du câble sans toutefois détériorer la capacité d’accommodation des déformations de compression longitudinale.
[078] Avantageusement, le jeu radial relatif entre deux éléments fïlaire adjacents, Jr des dits câbles hyperélastiques compris dans les renforts métalliques élastiques de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique est tel que 0,10 < Jr < 0,60, de préférence 0,30 < Jr < 0,60. Le jeu radial relatif entre deux éléments fïlaires adjacents permet de régler l’aération du câble et l’équilibre dans ce type d’application. Un câble trop peu aéré aura un comportement proche des câbles classiques et n’apportera pas le même niveau de gain en performance. Un câble trop aéré, au-delà d’un jeu relatif de 0,6, se déformera facilement mais n’opposera pas une résistance aux efforts longitudinaux en traction ou en compression.
[079] Selon le type de pneumatiques conçus, selon le besoin de résistance à la traction pour chaque utilisation spécifique, camionnette, poids-lourd, génie-civil dont les dimensions varient du 16 pouces à 63 pouces, chaque renfort métallique de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, est constitué d’un unique câble hyperélastique tel que défini précédemment ou est composé de plusieurs desdits câbles, assemblés ensemble, à savoir, est un toron de câbles hyperélastiques. En effet, l’assemblage de plusieurs câbles hyperélastiques garde les propriétés en compression du câble hyperélastique. [080] Préférentiellement, pour une performance correcte en endurance des renforts métalliques de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, les renforts métalliques hyperélastiques de ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique ont un module sécant à 2% d’allongement au plus égal à 80 GPa et un allongement à rupture au moins égal à 4%. [081] Avantageusement pour une performance correcte en endurance des renforts de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, les renforts métalliques hyperélastiques de ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, ont une valeur de déformation de flambement en compression au moins égale à 2%.
[082] Préférentiellement de part et d’autre du plan équateur, la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique est constituée par l’enroulement circonférentiel d’un renfort métallique hyperélastique ou d’une bande constituée de plusieurs renforts métalliques hyperélastiques, ce qui permet de diminuer, par rapport à une couche de renforts non continus, le nombre d’extrémités de câbles ou de torons qui sont autant de points d’initiation privilégiés d’une fissure et d’utiliser tout le potentiel de résistance des renforts métalliques circonférentiellement.
[083] Pour les pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil, selon un mode de réalisation préféré des couches de protection, les renforts métalliques élastiques des couches de protection forment, avec la direction circonférentielle, un angle au moins égal à 15° et au plus égal à 35°.
[084] Pour les pneumatiques pour véhicule lourd de type génie civil, un mode de réalisation préférée comprend deux couches de protection comportant des renfots métalliques élastiques ou hyperélastiques. Plus avantageusement les renforts métalliques respectifs des deux couches de protection sont croisés d’une couche de protection à la suivante. Plus avantageusement pour des gains de productivité, les renforts métalliques de la couche de protection la plus radialement intérieure, forment avec la direction circonférentielle (XX’), un angle égal en valeur absolue à l’angle formé par les renforts métalliques de la couche de protection la plus radialement extérieure avec la direction circonférentielle (XX’). Et plus avantageusement, pour avoir un comportement homogène dans la répartition des efforts repris par chacune des couches de l’armature de sommet, la valeur absolue des angles formés par les renforts métalliques des couches de protection avec la direction circonférentielle, est sensiblement égale à la moyenne des valeurs absolues des angles formés par les renforts métalliques des couches de travail avec la direction circonférentielle (XX’).
[085] Le pneumatique peut comprendre une armature de protection radialement extérieure à l’armature de travail comprenant au moins une couche de protection. Selon un mode de réalisation préféré de l’armature de sommet, pour améliorer la performance au martellement, à savoir la fissuration des matériaux caoutchouteux, la couche de protection la plus radialement intérieure a une largeur axiale LP1 au moins égale à 1.05 fois et au plus égale à 1.25 fois la largeur axiale maximale LTmax de la couche de travail ayant la plus grande largeur axiale. En deçà de 1.05 fois la largeur axiale LTmax, la couche de protection la plus radialement intérieure n’est pas suffisamment débordante par rapport à la couche de travail de plus grande largeur axiale pour pouvoir assurer un rôle de protection efficace vis-à-vis du martèlement. Au-delà de 1.25 fois la largeur axiale LTmax, l’extrémité axiale de la couche de protection la plus radialement intérieure est très proche de l’extrémité axiale de la bande de roulement, ce qui augmente le risque de fissuration entre l’extrémité axiale de ladite couche de protection et l’extrémité axiale de la bande de roulement.
[086] Selon un mode de réalisation préféré de l’armature de sommet d’un pneumatique de génie civil, l’armature de sommet comprend une armature de frettage comprenant deux couches de frettage radialement intérieur à la couche de travail la plus radialement extérieure dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle, un angle au plus égal à 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante. On distingue usuellement les couches de frettage à angle, avec des renforts formant des angles au moins égaux à 5° et au plus égaux à 8°, et les couches de frettage circonférentiel, avec des renforts sensiblement circonférentiels formant des angles voisins de 0° et au plus égaux à 5°. Les renforts métalliques de couche de frettage peuvent être soit élastiques, soit non extensibles. L’armature de frettage peut être positionnée radialement à l’intérieur de l’armature de travail, entre les deux couches de travail de l’armature de travail.
[087] Les caractéristiques de l’invention sont illustrées par les figures 1 à 4 schématiques et non représentées à l’échelle, en référence à un pneumatique de dimension 53/80R63 :
• figure 1 : coupe méridienne d’un sommet de pneumatique selon l’invention.
• figure 2 : coupe méridienne d’un sommet de pneumatique selon l’invention.
• figure 3 : coupe méridienne d’un sommet de pneumatique selon l’invention.
• figure 4 : coupe transverse d’un câble hyperélastique composant toute ou partie des renforts métalliques de l’armature de protection selon l’invention. [088] Sur la figure 1, est représentée une coupe méridienne d’un pneumatique 1 pour véhicule lourd de type génie civil comprenant une armature de sommet 3, radialement intérieure à une bande de roulement 2 et radialement extérieure à une armature de carcasse 4. L’armature de sommet 3 comprend, radialement de l’extérieur vers l’intérieur, une armature de protection 31, une armature de travail 32 et une armature de frettage 33. L’armature de protection 31 comprend deux couches de protection (311, 312) comprenant des renforts métalliques élastiques enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant un angle égal à 24°, avec une direction circonférentielle XX’ tangente à la circonférence du pneumatique, les renforts métalliques respectifs de chaque couche de protection étant croisés d’une couche de protection à la suivante. L’armature de travail 32 comprend deux couches de travail 321, 322 dont les renforts métalliques respectifs non extensibles, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, des angles respectivement égaux à 33°, pour la couche de travail la plus radialement intérieure 321 qui est également circonstantiellement la couche de travail de plus grande largeur axiale, et 19°, pour la couche de travail la plus radialement extérieure 322 qui est également circonstantiellement la couche de travail de plus petite largeur axiale, sont croisés d’une couche de travail à la suivante. L’armature de travail comprend également une couche de frettage radialement extérieure hyperélastique 323 comprenant des câbles hyperélastiques, d’une largeur axiale au moins égale à Ds et disposée de telle sorte que l’extrémité axiale la plus axialement extérieure, est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322) d’une distance axiale au moins égale à Ds/2 et que l’extrémité la plus axialement intérieure, est axialement intérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322), d’une distance axiale au moins égale à Ds/2. Les renforts métalliques hyperélastiques de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique sont un enroulement circonférentiel d’un câble hyperélastique formant avec la direction circonférentielle un angle de 0.5°. La couche de protection la plus radialement intérieure 311 est axialement débordante par rapport à la couche de travail de plus grande largeur axiale, ici la couche de travail la plus radialement intérieure 321. Dans le cas représenté, la largeur axiale LP1 est égale à 1.15 fois la largeur axiale LTmax. L’armature de frettage 33 comprend deux couches de frettage 331, 332 dont les renforts métalliques respectifs, enrobés dans un matériau élastomérique, parallèles entre eux et formant, avec la direction circonférentielle XX’, un angle compris entre 5° et 10°, sont croisés d’une couche de frettage à la suivante.
[089] La figure 2 est une variante de l’invention où l’extrémité axiale la plus axialement extérieure de la couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique, est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale (321), d’une distance au moins égale à Ds/2.
[090] La figure 3 est une variante de l’invention où l’extrémité axiale la plus axialement extérieure de la couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique, est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale (321), d’une distance au moins égale à Ds/2 et l’extrémité axiale de la couche de protection de plus grande largeur axiale (311) est axialement intérieure à l’extrémité axiale la plus axialement intérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique.
[091] La figure 4 illustre les câbles entrant dans la réalisation des éléments de renfort des couches de frettage radialement extérieures hyperélastiques soit constituant l’ éléments de renforts, soit étant un des câbles du toron que constitue l’élément de renfort de ladite couche de frettage. Le câble 50 selon l’invention comprend une unique couche 52 d’éléments fïlaires métalliques 54 enroulés en hélice. En l’espèce, le câble 50 est constitué de l’unique couche 52, autrement dit le câble 50 ne comprend pas d’autre élément fïlaire métallique que ceux de la couche 52. La couche 52 est constituée de 9 éléments fïlaires métalliques enroulés en hélice et étant noyés dans la matrice en composé caoutchouteux de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, la voûte interne 58 étant elle-même remplie dudit composé caoutchouteux.
[092] L’invention a été simulée sur des outils de calcul et sera testée sur des pneumatiques de dimension 24.00R35. Les simulations permettent d’évaluer les sollicitations mécaniques et thermiques sur des pneumatiques par la technique des éléments finis en grand déplacement et grande déformation en tenant compte des caractéristiques mécaniques et hystérétiques des matériaux. Les pneumatiques sont également comparés sur des tests de roulage sur des volants de 22 m de circonférence. On applique le même protocole de tests aux pneumatiques selon l’invention et aux pneumatiques de référence selon l’état de l’art.
[093] Un premier test consiste en un roulage à angle de dérive nulle à une charge correspondant à l’indice de charge à la pression conseillée. La vitesse du test est 30 Km/h. Le résultat du test est le kilométrage du pneumatique avant sa perte de pression ou le déchapage du sommet. Ce premier test évalue la capacité en endurance du sommet à supporter les cycles de roulage qui génèrent une sollicitation cyclique de cisaillement sur la zone des extrémités des couches de travail avec une sollicitation thermique élevée et croissante qui sollicite essentiellement les composés caoutchouteux dans cette zone.
[094] Un deuxième test consiste en un roulage à effort transverse imposé à la charge correspondant à l’indice de charge à la pression conseillée. L’ effort trans verse est égal à 30% de la charge, alterné, sur des temps de cycle de 10 mn. La vitesse du test est 15 Km/h. le résultat du test est le kilométrage du pneumatique avant sa perte de pression ou le déchapage du sommet. Ce test évalue la capacité en endurance du sommet à supporter les cycles de roulage sous dérive qui génèrent une sollicitation cyclique de traction compression élevée sur la zone des extrémités des couches de travail avec une sollicitation thermique moindre que le précédent, et sollicitant ainsi davantage les renforts métalliques.
[095] Les pneumatiques de référence et selon l’invention sont identiques excepté l’armature de sommet par la présence d’une couche de frettage radialement extérieure hyperélastique sur le pneumatique selon l’invention. Ils ont la même sculpture et les mêmes renforts pour la couche de carcasse (4), les couches de frettage (331, 332), les couches de travail (321, 322) et les couches de protection et les mêmes composés caoutchouteux pour les différentes parties du pneumatiques.
[096] Pour le pneumatique de référence, l’armature de sommet est composée radialement de l’extérieur vers l’intérieur de deux couches de protection, deux couches de travail, deux couches de frettage. La couche de protection la plus radialement extérieure est large de 400 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de 24°. La couche de protection la plus radialement intérieure est large de 520 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de -24°. La couche de travail la plus radialement extérieure est large de 380 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de 19°. La couche de travail la plus radialement intérieure est large de 450 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de -33°. La couche de frettage la plus radialement extérieure est large de 200 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de 8°. La couche de frettage la plus radialement extérieure est large de 240 mm, et ses renforts métalliques font un angle avec la direction circonférentielle de -8°. Les renforts métalliques des couches de travail et frettage sont des renforts métalliques inextensibles 26.30, à savoir des câbles de 26 fils de 30 centièmes de mm de diamètre, disposés en trois couches, la couche centrale comprenant 3 fils, la seconde comprenant 9 fils et la couche extérieure comprenant 14 fils. Lesdits torons sont disposés à un pas de 3.4mm. Les renforts métalliques élastiques de l’armature de protection du pneumatique de référence sont des câbles 24.26, à savoir des torons de 4 câbles 6 fils de 26 centièmes de mm de diamètre. Lesdits torons sont disposés à un pas de 2.5 mm.
[097] Le pneumatique selon l’invention comprend en plus de l’armature de sommet du pneumatique de référence, de part et d’autre du plan équateur, une couche de frettage radialement extérieure hyperélastique dont les renforts métalliques sont hyperélastiques. De part et d’autre du plan équateur, la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique fait 35 mm de largeur axiale, égale à Ds et est centrée sur l’extrémité axiale de la couche de travail la plus radialement extérieure qui est également la couche de travail de plus petite largeur axiale.
[098] Les renforts métalliques hyperélastiques de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique du pneumatique 1 selon l’invention, sont des 18.45, à savoir des torons selon l’invention, composés de 3 câbles comprenant 6 fils de diamètre Df de 45 centièmes de mm. Lesdits torons sont disposés à un pas de 4,8 mm. Le diamètre de voûte Dv des dits fils est égal à 1.11 mm. Le rayon de courbure d’hélice Rf est égal à 4,2 mm. Jr, le jeu radial relatif entre deux éléments fïlaires adjacents est égal à 0,35. [099] Les torons hyperélastiques ont un allongement structurel As au moins égal à 3%, un allongement total à rupture au moins égal à 8%.
[0100] Selon les calculs par éléments finis, le pneumatique 1 selon l’invention amène, un gain d’environ 15% de performance en kilométrage avant déchéance du pneumatique sur la fissuration des composés caoutchouteux autour des extrémités axiales des couches de travail comparativement au pneumatique de référence. L’invention telle que proposée permet donc d’améliorer l’endurance du pneumatique.

Claims

Revendications
1. Pneumatique (1) pour véhicule de type poids-lourd, génie civil ou agricole comprenant : · un plan circonférentiel médian, dit plan équateur, perpendiculaire à l’axe de rotation du pneumatique et divisant le pneumatique en deux demi tores sensiblement symétriques,
• une armature de sommet (3), radialement intérieure à une bande de roulement (2) et radialement extérieure à une armature de carcasse (4), · l’armature de sommet (3) comprenant, au moins une armature de travail (32), l’armature de sommet comprenant au moins deux couches de travail (321, 322), une de plus grande largeur axiale (321) et une de plus petite largeur axiale (322),
• chaque couche de travail (321, 322) comprenant des éléments de renforts, non extensibles, parallèles entre eux, en formant, avec la direction circonférentielle, des angles orientés au moins égaux à 15° et au plus égaux à 40°, les deux angles des deux couches de travail étant de signe opposé,
• une distance axiale Ds étant la valeur maximale des distances axiales mesurées de part et d’autre du plan équateur entre l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322) et l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale (321),
• l’armature de sommet comprenant de part et d’autre du plan équateur au moins une couche de frettage radialement extérieure (323) à la couche de travail la plus radialement extérieure (321, 322), dite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique, dont l’extrémité axiale la plus axialement extérieure est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322) d’une distance axiale au moins égale à Ds/2 et dont le point le plus axialement intérieur est axialement intérieur à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus petite largeur axiale (322), d’une distance axiale au moins égale à Ds/2, · ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique (323), de part et d’autre du plan équateur, comprenant des renforts métalliques hyperélastiques, parallèles entre eux et formant, avec une direction circonférentielle (XX’) du pneumatique, un angle au plus égal à 5°, chaque renfort métallique hyperélastique comprenant au moins un câble, dit hyperélastique (50) :
• caractérisé en ce que les dits câbles hyperélastiques (50) comprennent une unique couche (52) constituée de N éléments fïlaires métalliques (54) enroulés en hélice et présentant un diamètre externe D, chaque élément fïlaire métallique (54) de la couche (52) décrivant, lorsque le câble (50) s’étend selon une direction sensiblement rectiligne, une trajectoire en forme d’hélice autour d’un axe principal (A) sensiblement parallèle à la direction sensiblement rectiligne, de sorte que, dans un plan de coupe sensiblement perpendiculaire à l’axe principal (A), la distance entre le centre de chaque élément fïlaire métallique (54) de la couche (52) et l’axe principal (A) est égale à la moitié du diamètre d’hélice Dh et est sensiblement constante et égale pour tous les éléments fïlaires métalliques (54) de la couche (52), les éléments fïlaires métalliques (54) définissant une voûte interne (58) du câble de diamètre Dv, chaque élément fïlaire métallique (54) présentant un diamètre Df et un rayon de courbure d’hélice Rf défini par Rf=P/(A x Sin(2a)) avec P le pas de chaque élément fïlaire métallique exprimé en millimètres et a l’angle d’hélice de chaque élément fïlaire métallique (54), caractérisé en ce que, Dh, D, Dv, Df et Rf étant exprimés en millimètres :
• 9 < Rf / Df < 30, et • 1,30 < Dv / Df< 4.5,
• lesdits câbles hyperélastiques étant noyés dans un composé caoutchouteux.
2. Pneumatique (1) selon la revendication 1, dans lequel le rapport K du pas P sur le diamètre Df de chaque élément fïlaire métallique (54), des dits câbles hyperélastiques, est tel que 19 < K < 44, de préférence 20 < K < 40 et plus préférentiellement 23 < K < 39, P et Df étant exprimés en millimètres.
3. Pneumatique (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel il existe un jeu radial relatif, Jr, entre deux éléments fïlaires adjacents des dits câbles hyperélastiques, Jr =N/(7i*(D-Df)) x (Dh x Sinfii/N) - (Df / Cos(a x p/180))), a étant l’angle d’hélice, exprimé en degrés, de chaque élément fïlaire métallique (54) et Dv=Dh-Df, et Jr des renforts métalliques élastiques de la couche de frettage (311) étant tel que 0,10 < Jr < 0,6.
4. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque renfort métallique hyperélastique de ladite couche de frettage radialement extérieure hyperélastique (323) est un câble hyperélastique.
5. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque renfort métallique hyperélastique de ladite couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique est un toron de câbles hyperélastiques.
6. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les renforts métalliques hyperélastiques de ladite couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique, ont un module sécant à 2% d’allongement au plus égal à 80 GPa et un allongement à rupture au moins égal à 4%.
7. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les renforts métalliques hyperélastiques de ladite couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique, ont une valeur de déformation de flambement en compression au moins égale à 2%.
8. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel de part et d’autre du plan équateur, la couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique est constituée par l’enroulement circonférentiel d’une bande constituée de plusieurs renforts métalliques hyperélastiques.
9. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel de part et d’autre du plan équateur, l’extrémité axiale la plus axialement extérieure de la couche de frettage (323) radialement extérieure hyperélastique, est axialement extérieure à l’extrémité axiale de la couche de travail de plus grande largeur axiale (321), d’une distance au moins égale à Ds/2.
10. Pneumatique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une armature de protection (31) radialement extérieure à l’armature de travail (32), comprenant au moins une couche de protection (311, 312), dans lequel la couche de protection la plus radialement intérieure (311) a une largeur axiale LP1 au moins égale à 1.05 fois et au plus égale à 1.25 fois la largeur axiale maximale LTmax de la couche de travail de la plus grande largeur axiale (321).
11. Pneumatique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une armature de protection (31) radialement extérieure à l'armature de travail (32), comprenant au moins une couche de protection (311, 312), ledit pneumatique comprenant de part et d'autre du plan équateur, une couche de frettage radialement extérieure hyperélastique (323) comprenant une extrémité axialement intérieure, , dans lequel de part et d'autre du plan équateur, l'extrémité axiale de la couche de protection de plus grande largeur axiale (311) est axialement intérieure à l'extrémité axiale la plus axialement intérieure de la couche de frettage radialement extérieure hyperélastique (323).
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